基本放大电路设计与仿真调试

Aum
Aum / 2
BW0.7 f fL 中频段
下限 频率
O
低频段
fH 高频段
上限 频率
(Band Width)
通频带是衡量放大电路对不同频率输入信号响应能力的指标。一般来 说，通频带越宽越好。为了不失真的放大信号，要求放大电路的通频带应 大于信号的频带。
三极管在放大电路中的三种连接方式
基本共射放大电路 图中基极电阻RB又称偏流电阻，和 电源Vcc一起给基极提供一个合适的基 极直流IB，使晶体管工作在特性曲线 的线性部分 图中RC为集电极负载电阻。当集电 极电流受基极电流控制而发生变化时 ，流过负载电阻的电流会在集电极电 阻Rc上产生电压变化，从而引起UCE的 变化，这个变化的电压就是输出电压
（1）直流分析
+VCC RB1 RB2 IBQ RC
U BQ
RB2 VCC RB1 RB2
U BQ U BEQ RE
BEQ I1 RE
U+
ICQ + UCEQ

I EQ
ICQ IEQ
IEQ
I BQ I EQ /
UCEQ VCC ICQ ( RC RE )
Rw 200kΩ 11% Key=A RB1 20kΩ C1 10µ F B
+ VCC
RB C1 + RS
+
RC
+ V
Uo
C2
+
图中晶体三极管采用NPN型 硅管，是放大电路的核心，具 有电流放大作用，使IC=βIB 图中耦合电容C1、C2起到“ 隔直导交”的作用，把信号源 与放大电路之间，放大电路与 负载之间的直流隔开
Ui
RL
-
UO
US
-
1.工作原理
输入10mv电压，频率为1khz的正弦信号。A通道接C点 信号，B通道接输出信号。
–
放大 电路
RL
2
+ uo
–
1
1、 放大倍数：是衡量放大电路放大能力的主要指标
电压放大倍数 Au = uo/ui 电流放大倍数 Ai = io/ ii 电压增益 Au (dB) = 20lg |Au| 电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|
功率放大倍数 Ap = po/ pi
功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|
NPN管
由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴uCE可改为-uCE。
PNP管
Q点过低，uO负半周易截止失真。
Q点过高，uO正半周易饱和失真。

消除饱和失真
降低Q点:
增大RB ，减小IBQ
消除截止失真 升高Q点:
减小RB ，增大IBQ
1. 静态工作点稳定电路的组成和原理
(1)温度对工作点的影响
二、放大电路的四端网络表示
１i i
io 2
ui — 输入电压
+ uo
–
RS + us
–
+ ui
–
放大 电路
RL 2
uo — 输出电压 ii — 输入电流 io — 输出电流
1
us — 信号源电压
Rs — 信号源内阻 RL — 负载电阻
三、
放大电路的主要性能指标
1
ii
+ ui
–
io 2
RS + us
2、输入电阻
是衡量放大电路从信号源获取信号能力的指标，是从放大电路输 入端看进去的等效电阻。通常希望放大电路的输入电阻越大越好。 １ii
RS + us
–
+ ui
–
Ri
R i i i i
u
Ri ui us RS Ri
1
Ri 越大， ui 与 us 越接近
例 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较不同 Ri 时的 ii 、ui。
rbe 200 (1 )
+ + . Ui V
uo R 'L Au ui rbe
I EQ
RC RB
RL
. Uo
uo (R C // R L ) Au ui rbe
-
R i R b // rbe
Ro Rc
输入电阻测量
输出电阻测量
通频带的测量
4.静态工作点对波形的影响
iB
iC
t
t uCE t uo t
2．直流分析 （1）直流通路 所谓直流通路,是指当输入信号 u i 0 时,在直流电源 Vcc 的作用下,直流电流所流过的路径。
在画直流通路时,电路中的电容开路,电感短路。
静态工作点Q的估算
（IBQ、ICQ和UCEQ）。
UBEQ NPN型硅管：取0.7V； 锗管：取0.2V。
–
Ro + + R uo uot L –
–
1
2
2
i + u
–
wk.baidu.com计算：
RS
u us 0 Ro i RL
us
1
放大 电路
2 R o
4、 通频带
电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能 力不同，反映在：
Au(f)
1. 频率特性 放大电路的放大倍数A（f） 是频率函数，在低频和高频段放 大倍数要下降。将放大倍数与频 率的曲线关系成为放大电路的频 率特性。 2. 频带宽度(带宽)BW BW0.7 = fH – fL
uo i b R L Au u i i b [rbe (1 )R E ] uo ui uo R iAu A us us us ui Rs Ri
2)输入电阻
Ri R'B //[rbe (1 ) RE ]
3)输出电阻
R o = RC
1)电压放大倍数 2)输入电阻 3)输出电阻
放大电路产生 截止失真(顶部失真)
Q点低：
IB低
IC低
UCE高
输入10mv，1khz输入信号 ，RB为100%产生截止失真
2) Q点过高，信号进入饱和区
放大电路产生 饱和失真(底部失真)
Q点高： IB大
IC大
UCE小
输入10mv，1khz输入信号 ，RB为5%产生饱和失真
Q点位置与波形失真：
Q点过低，uO正半周易截止失真。 Q点过高，uO负半周易饱和失真。
t
uo
iB uBE
t
b ＋
t
t
t
O
t
－ －
基本放大电路的放大作用
结论：
（1）放大电路中的信号是交直 流共存，可表示成：
ui
t uBE t
uBE U BE ube iB I B ib iC I C ic uCE U CE uce
虽然交流量可正负变化， 但瞬时量方向始终不变 （2）输出uo与输入ui相比，幅度被 放大了，频率不变，但相位相反。
红线是c点信号，蓝线是经过电容的输出信号
改变了A通道纵坐标计数起点，C点信号=直流+交流
A通道（红线）接输入信号；B通道（蓝线）接输出信号
输入信号与输出信号反向。
1．放大原理分析
＋UCC
＋
Rc
C2 ＋
Rb iB IBQ C1 ＋ ui O － UBEQ O
＋
iC
iC ICQ c ＋ O uCE UCEQ O e － O
VBE /mV
VC E/mV
688.54
63.219
675.813
857.125
617.479
5.245
3.交流分析
（1）交流通路 是指在信号源 u i 的作用下,只有交流电流所流过的路径。
画交流通路时,电路中的耦合电容短路;由于直流 电源 Vcc 的内阻很小,对交流变化量几乎不起作用,故 可看作短路。 26mV
在电气设备、电子产品控制系统中，下面的 控制方式被广泛地应用，掌握这种控制模式有助 于对电子产品进行具体的分析。
信号检测
信号放大 调整
执行部件
光控开关主要是由基本放大电路组成的，作 为本项目的典型应用进行分析及仿真。
通过本项目的学习，使学生理解和掌 握半导体三极管构成的基本放大电路（三 极管三种组态放大电路、差动放大电路、 功率放大电路）的组成及其工作原理、多 级放大电路的组成，并能进行参数的测试 及电路仿真测试。最后能对项目的两个应 用电路进行分析。
UBE减小
温度升高
ICBO增大
IC增大
β增大
2. 电路组成
+VCC C2
+
+
VCC(直流电源)： • 使发射结正偏，集电结反偏 • 向负载和各元件提供功率 C1、C2(耦合电容)： • 隔直流、通交流 RB1 、RB2(基极偏置电阻)： • 提供合适的基极电流
RB1 RC C1 + + RS + ui R R us B2 E
2.1 基本放大电路 2.2 差动放大电路 2. 3 功率放大电路 2.4 多级放大电路
2.1
基本放大电路
2.1.1 放大电路基本概念
2.1.2 三种基本组态放大电路
一.放大器组成框图
+ us
–
RS
具有正向受控作用的半导 体器件是整个电路的核心
is 输 入 信 号
RS
耦 合 电 路 耦 合 电 路 输 出 负 载
RB1 RC
C1 + + RS + ui R R us B2 E


要求：
I1 (5 10)IBQ UBQ (5 10)UBEQ
RL CE
+ uo

电路优点： ICQ
具有稳定Q点的功能。
T ICQ UEQ(=ICQRE) UBEQ(=VBQ-VEQ)
IBQ
4.静态工作点稳定电路的分析及改进
源电压放大倍数
+ us

RS
RL
RE
+
RB2
+ uo

CE
uo ui R iAu A us Au Rs Ri us us
2) 输入电阻
3)输出电阻
ui R i R B1 // R B2 // rbe ii
Ro = RC
当没有旁路电容 CE 时：
1)电压放大倍数
源电压放大倍数
-----失真分析
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输 入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输 出信号不能反映输入信号的变化情况，放大电路将 产生非线性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q点设置在交 流负载线的中间部分。如果Q点设置不合适，信号进 入截止区或饱和区，会造成非线性失真。
1) Q点过低，信号进入截止区
12V RC 2.4kΩ C2 Q1 10µ F
VCC
R1 1kΩ
2N2222 RB2 12kΩ R4 100Ω RL 2.4kΩ
R5 1kΩ
C3 100µ F
静态工作点测试
Rw IB /mA IC /mA VBE /V VC E/V
0% 0.035 3.22 0.665 0.692
10% 0.012 1.828 0.638 5.588
uo Au ui
Ri R'B //[rbe (1 ) RE ]
R o = RC
（一） 共集电极放大电路 (射极输出器、射极跟随器) 1.电路组成与静态工作点
IBQ C1 +VCC RB
ii +
C2 RL
ib
RB
ic + R uo
L
++ RS uIEQ + i us – RE
–
+ uo
–
+ Rs

RE

交流通路
IBQ = (VCC – UBEQ) / [RB +(1+ ) RE]
Ri 6 000 600 60 ii 3 A 16.7 A 30 A ui 18 mV 10 mV 1.82 mV
3、输出电阻 衡量放大电路带负载能 力的指标，是从放大电路输 出端看进去的等效电阻。 输出电阻大，表明带 负载能力差，反之则强。
1 1
2 + Ri ui
–
RS + us


RL
+ uo

CE
RC(集电极负载电阻)： • 将 IC UC ，使电流放大 电压放大 RE(发射极电阻)： • 稳定静态工作点“Q ” CE(发射极旁路电容)： • 短路交流，消除 RE 对电压放大倍数的影响
3. 静态工作点稳定过程
+VCC C2
+
+
RB1 、RB2分压电阻，流过的 电流为 I1
IBQ
UCC UBEQ Rb
ICQ IBQ UCEQ UCC ICQ R C
从仿真理论值分析：
RB 增大，IB减小，IC减小，UCE增大，UBE基 本不变，即Q点下降。 RB减小，IB增大，IC增大，UCE减小，UBE基 本不变，即Q点上升。
RB IB /A IC /mA 10K 531.131 5.937 100K 53.18 5.143 1000K 5.44 0.755 100K理论值
RL
直流偏置电路 将输入信号源 与放大器输入 端进行连接。 外 围 电 路 将放大器输出 端与输出负载 进行连接。
保证半导体器件 工作在放大模式
+ VCC
RB C1 + RS
+
RC
+ V
C2
+
Ui
RL
-
UO
US
放大电路的组成必须满足以下原则
（1）外加电压保证三极管工作在放大区；（2）输入信号要能传送到放大 电路的输入回路中；（3）输出信号要能传送到放大电路的输出端。
90% 2.442μ 0.423 0.595 10.518
β
小结：Rw 增大，IB减小，IC减小，Q点下降。
Rw 减小，IB增大，IC增大，Q点上升。 β在没有失真的时候最大。
含有旁路电容参数运算
（2） 性能指标分析 1)电压放大倍数
+VCC
RB1 C1
+
RC
C2
+
uo R L Au ui rbe